Ejercicios de Lógica informática ( ) José A. Alonso Jiménez Andrés Cordón Franco María J. Hidalgo Doblado

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1 Ejercicios de Lógica informática ( ) José A. Alonso Jiménez Andrés Cordón Franco María J. Hidalgo Doblado Grupo de Lógica Computacional Dpto. de Ciencias de la Computación e Inteligencia Artificial Universidad de Sevilla Sevilla, 8 de Febrero de 2010

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3 Índice general 1. Sintaxis y semántica de la lógica proposicional Ejercicios resueltos Ejercicios propuestos Ejercios de exámenes Deducción natural proposicional Ejercicios resueltos Ejercicios propuestos Ejercicios de exámenes Tableros semánticos Ejercicios resueltos Ejercicios propuestos Ejercicios de exámenes Formales normales Ejercicios resueltos Ejercicios propuestos Ejercicios de exámenes Resolución proposicional Ejercicios resueltos Ejercicios propuestos Ejercicios de exámenes Sintaxis y semántica de la lógica de primer orden Ejercicios resueltos Ejercicios propuestos Ejercicios de exámenes Deducción natural de primer orden Ejercicios resueltos

4 4 Índice general 7.2. Ejercicios propuestos Ejercicios de exámenes Tableros semánticos Ejercicios resueltos Ejercicios propuestos Formas normales. Cláusulas Ejercicios resueltos Modelos de Herbrand Ejercicios resueltos Cláusulas. Modelos de Herbrand. Resolución Ejercicios resueltos Ejercios propuestos Bibliografía 92

5 Introducción En el presente volumen se presentan los enunciados de los ejercicios del curso de Lógica informática ( ). Este volumen es complementario de Temas de "Lógica informática"( ) y Soluciones de exámenes de Lógica informática. En cada tema los ejercicios se han dividido en tres grupos: Ejercicios resueltos: son ejercicios comentados en las clases cuyas soluciones se encuentran en las transparencias y en Temas de "Lógica informática"( ). Ejercicios propuestos. Ejercicios de exámenes: son ejercicios de exámenes de cursos anteriores y sus soluciones se encuentran en Soluciones de exámenes de Lógica informática. 5

6 6 Índice general

7 Tema 1 Sintaxis y semántica de la lógica proposicional 1.1. Ejercicios resueltos Ejercicio 1.1 Determinar cuáles de las siguientes expresiones son fórmulas proposicionales: 1. p 2. (p) 3. (p q) 4. p q 5. (p p) 6. ((p q) (q p)) 7. (p q) Ejercicio 1.2 Definir por recursión sobre fórmulas las siguientes funciones 1. np(f) que calcula el número de paréntesis de la fórmula F. Por ejemplo, np((p ( q p))) = Subf(F) que calcula el conjunto de las subfórmulas de la fórmula F. Por ejemplo, Subf(p q p) = {p q p, p, q p, q, q}. Ejercicio 1.3 Demostrar por inducción que todas las fórmulas proposicionales tienen un número par de paréntesis. 7

8 8 Tema 1. Sintaxis y semántica de la lógica proposicional Ejercicio 1.4 Para la siguiente fórmula p q p escribir la fórmula con paréntesis, construir el árbol de análisis y determinar todas sus subfórmulas. Ejercicio 1.5 Calcular el valor de la fórmula (p q) ( q r) en las siguientes interpretaciones 1. I 1 tal que I 1 (p) = I 1 (r) = 1, I 1 (q) = 0 2. I 2 tal que I 2 (r) = 1, I 2 (p) = I 2 (q) = 0 Ejercicio 1.6 Demostrar que para toda fórmula F se tiene que para todo par de intepretaciones I 1, I 2, si I 1 (p) = I 2 (p) para todos las variables proposicionales de F, entonces I 1 (F) = I 2 (F). Ejercicio 1.7 Determinar cuáles de las siguientes interpretaciones es modelo de la fórmula (p q) ( q r) 1. I 1 tal que I 1 (p) = I 1 (r) = 1, I 1 (q) = 0 2. I 2 tal que I 2 (r) = 1, I 2 (p) = I 2 (q) = 0 Ejercicio 1.8 Determinar si las siguientes fórmulas son satisfacible o insatisfacible. 1. (p q) (q r) 2. p p Ejercicio 1.9 Demostrar o refutar las siguientes proposiciones: 1. F es tautología syss F es insatisfacible. 2. Si F es tautología, entonces F es satisfacible. 3. Si F es satisfacible, entonces F es insatisfacible. Ejercicio 1.10 En cada caso, determinar todos los modelos de la fórmula proposicional correspondiente: 1. (p q) (q p) 2. (p q) (p q) 3. p q

9 1.1. Ejercicios resueltos 9 4. p p 5. p p 6. (p q) (q p) 7. (p q) (q p) Clasificar las fórmulas anteriores en tautologías, contingentes y contradicciones. Cuáles son satisfacibles? Cuáles son insatisfacibles? Ejercicio 1.11 Demostrar que las fórmulas que aparecen en la transparencia 19 del tema 1 son tautologías: 1. F F ley de identidad 2. F F ley del tercio excluso 3. (F F) principio de no contradicción 4. ( F F) F ley de Clavius 5. F (F G) ley de Duns Scoto 6. ((F G) F) F ley de Peirce 7. (F G) F G modus ponens 8. (F G) G F modus tollens Ejercicio 1.12 Demostrar las equivalencias lógicas que aparecen en la transparencia 20 del tema 1: 1. Idempotencia: F F F F F F 2. Conmutatividad: F G G F F G G F 3. Asociatividad: F (G H) (F G) H F (G H) (F G) H 4. Absorción: F (F G) F F (F G) F 5. Distributividad: F (G H) (F G) (F H) F (G H) (F G) (F H) 6. Doble negación: F F. 7. Leyes de De Morgan: (F G) F G (F G) F G

10 10 Tema 1. Sintaxis y semántica de la lógica proposicional Ejercicio 1.13 Demostrar que F G syss = F G. Ejercicio 1.14 Determinar cuáles de las siguientes interpretaciones es modelo del conjunto de fórmulas S = {(p q) ( q r), q r}. 1. I 1 tal que I 1 (p) = 1, I 1 (q) = 0, I 1 (r) = I 2 tal que I 2 (p) = 0, I 2 (q) = 1, I 2 (r) = 0. Ejercicio 1.15 Calcular los modelos de los siguientes conjuntos de fórmulas y decidir cuáles son consistente. 1. S 1 = {(p q) ( q r), p r} 2. S 2 = {(p q) ( q r), p r, r} Ejercicio 1.16 Decidir cuáles de las siguientes afirmaciones son verdaderas: 1. {p q, q r} = p r 2. {p} = p q Ejercicio 1.17 Demostrar o refutar las siguientes proposiciones: 1. Para todo conjunto de fórmula S, S = S. 2. Para todo conjunto de fórmula S 1 y toda fórmula F, si S 1 = F y S 1 S 2, entonces S 2 = F. 3. Para todo conjunto de fórmula S 1 y todo par de fórmulas F, G, si S = F y {F} = G, entonces S = G. Ejercicio 1.18 Demostrar que las siguientes condiciones son equivalentes: 1. {F 1,..., F n } = G 2. = F 1 F n G 3. (F 1 F n G) es insatisfacible 4. {F 1,..., F n, G} es inconsistente Ejercicio 1.19 Determinar si los siguientes argumentos son lógicamente correctos: 1. Si el tren llega a las 7 y no hay taxis en la estación, entonces Juan llegará tarde a la reunión. Juan no ha llegado tarde a la reunión. El tren llegó a las 7. Por tanto, habían taxis en la estación.

11 1.2. Ejercicios propuestos Si hay corriente y la lámpara no está fundida, entonces está encendida. La lámpara no está encendida. Hay corriente. Por tanto, la lámpara está fundida. Ejercicio 1.20 Determinar la corrección del siguiente argumento. Se sabe que 1. Los animales con pelo o que dan leche son mamíferos. 2. Los mamíferos que tienen pezuñas o que rumian son ungulados. 3. Los ungulados de cuello largo son jirafas. 4. Los ungulados con rayas negras son cebras. Se observa un animal que tiene pelos, pezuñas y rayas negras. Por consiguiente, se concluye que el animal es una cebra. Ejercicio 1.21 En una isla hay dos tribus, la de los veraces (que siempre dicen la verdad) y la de los mentirosos (que siempre mienten). Un viajero se encuentra con tres isleños A, B y C y cada uno le dice una frase 1. A dice B y C son veraces syss C es veraz 2. B dice Si A y C son veraces, entonces B y C son veraces y A es mentiroso 3. C dice B es mentiroso syss A o B es veraz Determinar a qué tribu pertenecen A, B y C Ejercicios propuestos Ejercicio 1.22 Definir por recursión sobre fórmulas las siguientes funciones 1. npi(f) que calcula el número de paréntesis izquierdos de la fórmula F. Por ejemplo, npi((p ( q p))) = npd(f) que calcula el número de paréntesis derechos de la fórmula F. Por ejemplo, npd((p ( q p))) = 2. Ejercicio 1.23 Demostrar por inducción que todas las fórmulas proposicionales tienen el mismo número de paréntesis izquierdos que de derechos. Ejercicio 1.24 Para cada una de las siguientes fórmulas, 1. q q p r

12 12 Tema 1. Sintaxis y semántica de la lógica proposicional 2. p q r s p escribir la fórmula con paréntesis, construir el árbol de análisis y determinar todas sus subfórmulas. Ejercicio 1.25 Definir por recursión sobre fórmulas las siguientes funciones 1. n_variables(f) que calcula el número variables proposicionales que ocurren en la fórmula F. Por ejemplo, n_variables(p p q) = profundidad(f) que calcula la profundidad del árbol de análisis de la fórmula F. Por ejemplo, profundidad(p p q) = 2. Demostrar por inducción, que para toda fórmula F, n_variables(f) 2 profundidad(f). Ejercicio 1.26 En cada caso, determinar todos los modelos de la fórmula proposicional correspondiente: 1. p (q r q) 2. q (p p) r 3. (p q) (p q) p 4. (p r) ( p q) q Clasificar las fórmulas anteriores en tautologías, contingentes y contradicciones. Cuáles son satisfacibles? Cuáles son insatisfacibles? Ejercicio 1.27 Para cada uno de los siguientes pares de fórmulas, decidir si son o no equivalentes: 1. A B C y A B C 2. A (B C) y A B C 3. (A B) y A B Ejercicio 1.28 Existe un conjunto S de tres fórmulas tal que de todos los subconjuntos de S sólo uno es consistente? Ejercicio 1.29 Decidir cuáles de las siguientes afirmaciones son verdaderas: 1. {p q} = p q 2. {p q, r q} = p r

13 1.3. Ejercios de exámenes {p p} = r r q 4. {p q, q p r} = p (p q) r Ejercicio 1.30 Determinar si los siguientes argumentos son lógicamente correctos: 1. Si Juan es andaluz, entonces Juan es europeo. Juan es europeo. Por tanto, Juan es andaluz. 2. Cuando tanto la temperatura como la presión atmosférica permanecen contantes, no llueve. La temperatura permanece constante. En consecuencia, en caso de que llueva, la presión atmosférica no permanece constante. 3. Siempre que un número x es divisible por 10, acaba en 0. El número x no acaba en 0. Luego, x no es divisible por En cierto experimento, cuando hemos empleado un fármaco A, el paciente ha mejorado considerablemente en el caso, y sólo en el caso, en que no se haya empleado también un fármaco B. Además, o se ha empleado el fármaco A o se ha empleado el fármaco B. En consecuencia, podemos afirmar que si no hemos empleado el fármaco B, el paciente ha mejorado considerablemente. Ejercicio 1.31 Un rey somete a un prisionero a la siguiente prueba: lo enfrenta a dos puertas, de las que el prisionero debe elegir una, y entrar en la habitación correspondiente. Se informa al prisionero que en cada una de las habitaciones puede haber un tigre o una dama. Como es natural, el prisionero debe elegir la puerta que le lleva a la dama (entre otras cosas, para no ser devorado por el tigre). Para ayudarle, en cada puerta hay un letrero: puerta 1: en esta habitación hay una dama y en la otra un tigre. puerta 2: en una de estas habitaciones hay una dama y en una de estas habitaciones hay un tigre. Sabiendo que uno de los carteles dice la verdad y el otro no, determinar la puerta que debe de elegir el prisionero Ejercios de exámenes Ejercicio 1.32 [Examen 5 Mayo 2005] Es cierto que si F G y F son satisfacibles, entonces G es satisfacible? Si es cierto, dar una explicación. Si no es cierto, dar un contraejemplo. Ejercicio 1.33 [Examen 30 Junio 2005] Demostrar o refutar las siguientes proposiciones:

14 14 Tema 1. Sintaxis y semántica de la lógica proposicional 1. Si F es una fórmula satisfacible, entonces todas las subfórmulas de F son satisfacibles. 2. Existen fórmulas válidas tales que todas sus subfórmulas son válidas. Ejercicio 1.34 [Examen 5 Abril 2006] Demostrar o refutar las siguientes proposiciones: 1. Si S 1 y S 2 son dos conjuntos consistentes de fórmulas, entonces S 1 S 2 es consistente. 2. Si S 1 y S 2 son dos conjuntos inconsistentes de fórmulas, entonces S 1 S 2 es inconsistente. Ejercicio 1.35 [Examen 26 Junio 2006] Demostrar o refutar las siguiente proposición: Si {F G, F} es consistente, entonces {G} es consistente. Ejercicio 1.36 [Examen 7 Abril 2006] Demostrar o refutar las siguientes proposiciones: 1. Existe un conjunto de fórmulas S y una fórmula F tal que S = F y S = F. 2. Existe un conjunto de fórmulas S y una fórmula F tal que S = F y S = F. Ejercicio 1.37 [Examen 23 Septiembre 05] Demostrar o refutar las siguiente proposición: Para todo conjunto de fórmula S y para toda fórmula F se verifica que si S = F entonces S = F.

15 Tema 2 Deducción natural proposicional 2.1. Ejercicios resueltos Ejercicio 2.1 Probar mediante deducción natural: 1. p q, r q r 2. p, (q r) p r 3. p q, p q r p r p 4. p, p q, p (q r) r 5. p (q r), p, r q 6. p q, q p 7. p q q p 8. q p p q 9. p p 10. (q r) (( q p) (p r)) 11. p q q p 12. q r p q p r 13. p (q p) 14. p q p q 15. p q, p q p 15

16 16 Tema 2. Deducción natural proposicional 16. p q q p 17. p q, p q p q 18. p q p q Ejercicio 2.2 Demostrar la adecuación de las reglas de deducción natural: 1. i: {F, G} = F G 2. e: F G = F 3. e: F G = G 4. e: { F} = F 5. i: {F} = F 6. e: {F, F G} = G 7. i: Si F = G, entonces = F G. 8. e: = F 9. e: {F, F} = 10. i: Si F =, entonces = F. Ejercicio 2.3 Demostrar las reglas derivadas. 1. Modus tollens: F G G MT F 2. Introducción de la doble negación: F i F 3. Reducción al absurdo: F. F RAA 4. Ley del tercio excluido: F F LEM Ejercicio 2.4 Demostrar las equivalencias lógicas que aparecen en la transparencia 20 del tema 1:

17 2.2. Ejercicios propuestos Idempotencia: F F F F F F 2. Conmutatividad: F G G F F G G F 3. Asociatividad: F (G H) (F G) H F (G H) (F G) H 4. Absorción: F (F G) F F (F G) F 5. Distributividad: F (G H) (F G) (F H) F (G H) (F G) (F H) 6. Doble negación: F F. 7. Leyes de De Morgan: (F G) F G (F G) F G 2.2. Ejercicios propuestos Ejercicio 2.5 Probar mediante deducción natural: 1. p, p q q 2. p q, q r, p r 3. p (q r), p q, p r 4. p q, q r p r 5. p (q r) q (p r) 6. p (q r) (p q) (p r) 7. p q p 8. p (q p) 9. p q (q r) (p r) 10. p (q (r s)) r (q (p s)) 11. (p (q r)) ((p q) (p r)) 12. (p q) r p (q r)

18 18 Tema 2. Deducción natural proposicional 13. p, q p q 14. p q p 15. p q q 16. p (q r) (p q) r 17. (p q) r p (q r) 18. p q p q 19. (p q) (p r) p (q r) 20. p (q r) (p q) (p r) 21. p (q r) (p q) r 22. (p q) r p (q r) 23. p p q 24. q p q 25. p q q p 26. q r (p q) (p r) 27. p p p 28. p p p 29. p (q r) (p q) r 30. (p q) r p (q r) 31. p (q r) (p q) (p r) 32. (p q) (p r p (q r) 33. p (q r) (p q) (p r) 34. (p q) (p r) p (q r) 35. (p r) (q r) (p q) r 36. (p q) r (p r) (q r) 37. p p

19 2.2. Ejercicios propuestos p p q 39. p q q p 40. p q, q p 41. p q, p q 42. p q ( p q) 43. p q ( p q) 44. (p q) p q 45. p q (p q) 46. p q (p q) 47. (p p) 48. p p q 49. p p 50. p p 51. ((p q) p) p 52. q p p q 53. ( p q) p q 54. ( p q) p q 55. (p q) p q 56. (p q) (q p) Ejercicio 2.6 Demostrar, por deducción natural, la corrección del siguiente argumento: Se sabe que 1. Los animales con pelo que dan leche son mamíferos. 2. Los mamíferos que tienen pezuñas o que rumian son ungulados. 3. Los ungulados de cuello largo son jirafas. 4. Los ungulados con rayas negras son cebras.

20 20 Tema 2. Deducción natural proposicional Se observa un animal que tiene pelos, pezuñas y rayas negras. Por tanto, el animal es una cebra. Ejercicio 2.7 Demostrar por deducción natural cada una de las argumentaciones válidas del ejercicio Ejercicio 2.8 Un rey somete a un prisionero a la siguiente prueba: lo enfrenta a dos puertas, de las que el prisionero debe elegir una, y entrar en la habitación correspondiente. Se informa al prisionero que en cada una de las habitaciones puede haber un tigre o una dama. Como es natural, el prisionero debe elegir la puerta que le lleva a la dama (entre otras cosas, para no ser devorado por el tigre). Para ayudarle, en cada puerta hay un letrero: puerta 1: en esta habitación hay una dama y en la otra un tigre. puerta 2: en una de estas habitaciones hay una dama y en una de estas habitaciones hay un tigre. Sabiendo que uno de los carteles dice la verdad y el otro no, demostrar por deducción natural que la dama está en la segunda puerta Ejercicios de exámenes Ejercicio 2.9 Probar mediante deducción natural: 1. [Examen de Junio de 2004] (E F) G (E G) (F G) 2. [Examen de Septiembre de 2004] (E (F G)) (E F) (E G) 3. [Examen de Abril de 2005] a) {p r, r q} = (p q) b) p q, q r p r c) (p q) (( p q) q) d) (p (q p)) q p e) (p q) p q f ) (p q) (p r) = p (q r) g) (p1 p2) (q1 q2) (p1 q1 p2 q2) h) ( p q) p q

21 2.3. Ejercicios de exámenes 21 i) ((p q) (p r)) (p q r) j) (( p q) ( p r)) q (p r) 4. [Examen de Junio de 2005] p (q r) (p q) r 5. [Examen de Septiembre de 2005] ((p (q r)) p) p 6. [Examen de Diciembre de 2005] (p q) (p r) (p (q r)) 7. [Examen de Abril de 2006] a) (p q) (p r) p r. b) ( p q) ((p q) q). c) ( q p) p q. d) p (r q) q (p r). e) (p q) p q. f ) (p q) p r q ( p r). g) (p q) (( r q) s) (p s). h) ( (s (p q))) (p q s). 8. [Examen de Junio de 2006] ((p q) (r s)) ((p r) (q s)) 9. [Examen de Septiembre de 2006] (p r) (q s) (p q) (r s) 10. [Examen de Diciembre de 2006] ( q p) (q p)

22 22 Tema 2. Deducción natural proposicional

23 Tema 3 Tableros semánticos 3.1. Ejercicios resueltos Ejercicio 3.1 Calcular, mediante tableros semánticos, los modelos de las siguientes fórmulas ( p q (p r)). ( p q (p q)). Ejercicio 3.2 Demostrar o refutar las siguientes proposiciones: 1. I = F G syss I = F e I = G. 2. I = F G syss I = F ó I = G. Ejercicio 3.3 Construir dos tableros completos distintos de (p q) ( p q) Ejercicio 3.4 Decidir si 1. Tab p q (p q). 2. Tab p q (p r). 3. {p q, q r} Tab p r. 4. {p q} Tab p q. 23

24 24 Tema 3. Tableros semánticos 3.2. Ejercicios propuestos Ejercicio 3.5 Demostrar o refutar las siguientes proposiciones: 1. F G es satisfacible syss F es satisfacible y G es satisfacible. 2. F G es satisfacible syss F es satisfacible o G es satisfacible. 3. F G es válida syss F es válida y G es válida. 4. F G es válida syss F es válida ó G es válida. Ejercicio 3.6 Demostrar por deducción natural las equivalencias de la notación uniforme: 1. F F. 2. (A 1 A 2 ) A 1 A (A 1 A 2 ) A 1 A A 1 A 2 (A 1 A 2 ) (A 2 A 1 ). 5. B 1 B 2 B 1 B (B 1 B 2 ) B 1 B (B 1 B 2 ) (B 1 B 2 ) (B 2 B 1 ). Ejercicio 3.7 Sea A la fórmula proposicional p q p r. 1. Escribir un tablero completo para A y otro para A. 2. Describir todos los modelos y todos los contramodelos de la fórmula A. Ejercicio 3.8 Decidir, mediante tableros semánticos, si: 1. (p q r) (p q r) es una tautología. 2. {p (q r), r} = r (p q). 3. r p q p q r s. Ejercicio 3.9 Demostrar todos los apartados de los ejercicios 7.4 y 7.5 mediante el procedimiento de los tableros semánticos. Ejercicio 3.10 Demostrar, mediante tableros semánticos, la corrección de los argumentos válidos de los ejercicios 1.20, 1.30 y 6.34.

25 3.3. Ejercicios de exámenes Ejercicios de exámenes Ejercicio 3.11 [Examen de diciembre de 2000] Probar, usando tableros semánticos, que la fórmula (p q r) (p (q r)) es una tautología. Ejercicio 3.12 [Examen de junio de 2001] Decidir, usando tableros semánticos, si la fórmula (p q p q) (p q) es insatisfactible o una tautología. Ejercicio 3.13 [Examen de junio de 2001] Decidir, mediante tableros semánticos, si {p q r s, r t s, r t u} = p s u Ejercicio 3.14 [Examen de septiembre de 2001 Probar, mediante tableros semánticos, que la fórmula (p r) ((q r) (p q r)) es una tautología. Ejercicio 3.15 [Examen de diciembre de 2001] Demostrar por el método de tableros semánticos que (p q r) ( p s) ( t q) (s t u) = r u Ejercicio 3.16 [Examen de junio de 2002] Probar, mediante tableros semánticos, que (r p) ( r q s) p q s es una tautología. Ejercicio 3.17 [Examen de septiembre de 2002] Sean A : r s u y B : (r s) (u r). Probar, mediante tableros semánticos que A y B son lógicamente equivalentes. Ejercicio 3.18 [Examen de junio de 2003] Se considera el conjunto de fórmulas S = {p q, q r s, s r q, q} 1. Probar, mediante tableros semánticos, que S es consistente.

26 26 Tema 3. Tableros semánticos 2. Obtener todos los modelos de S. Ejercicio 3.19 [Examen de septiembre de 2003] Dadas las fórmulas se pide A : (s p) (t q) y B : (s q) (t p), 1. Probar que A = B, mediante tableros semánticos. 2. Describir, razonadamente, todos los modelos de A y, a continuación, probar nuevamente que A = B, utilizando la definición de consecuencia lógica. Ejercicio 3.20 [Examen de diciembre de 2003] Probar mediante un tablero semántico que (p q) ((r t) (q r)) (p t) es una tautología. Ejercicio 3.21 [Examen de junio de 2004] Este ejercicio tiene tres apartados. 1. Probar E (F G) = (E F) G mediante tableros semánticos. 2. Describir todos los modelos de E (F G) que no son modelos de (E F) G. 3. La fórmula E (F G) (E F) G, es una tautología? Razonar la respuesta. Ejercicio 3.22 [Examen de septiembre de 2004] En un texto de Lewis Carroll, el tío Jorge y el tío Jaime discuten acerca de la barbería del pueblo, atendida por tres barberos: Alberto, Benito y Carlos. Los dos tíos aceptan las siguientes premisas: 1. Si Carlos no está en la barbería, entonces ocurrirá que si tampoco está Alberto, Benito tendrá que estar para atender el establecimiento. 2. Si Alberto no está, tampoco estará Benito. El tío Jorge concluye de todo esto que Carlos no puede estar ausente, mientras que el tío Jaime afirma que sólo puede concluirse que Carlos y Alberto no pueden estar ausentes a la vez. Decidir con el método de los tableros semánticos cuál de los dos tiene razón. Ejercicio 3.23 [Examen de septiembre de 2004] Probar que la fórmula (E (F G)) (E F) (E G) es una tautología por tableros semánticos.

27 3.3. Ejercicios de exámenes 27 Ejercicio 3.24 [Examen de abril de 2005] Decidir, mediante tableros semánticos, si {p r, q r} = p q r Ejercicio 3.25 [Examen de abril de 2005] Decidir, mediante tableros semánticos, si (p q) (p r) = p (q r). Ejercicio 3.26 [Examen de junio de 2005] Decidir, mediante tablero semántico, si { p (q r)} = q p En el caso de que no se verifique, obtener un contramodelo a partir del tablero. Ejercicio 3.27 [Examen de septiembre de 2005] Decidir, mediante tablero semántico, si 1. {r (p q), ((p r) ( q r)) r} = q 2. = ((p q) r) (q r) En el caso de que no se verifique, obtener un contramodelo a partir del tablero. Ejercicio 3.28 [Examen de diciembre de 2005] Mediante tableros semánticos, determinar cuáles de las siguientes fórmulas son tautologías y calcular los contramodelos de las que no lo sean. 1. (( p q) ( q r)) ( r (p q)) 2. (( p q) ( q r)) (( p q) r) Ejercicio 3.29 [Examen de abril de 2006] Decidir, mediante tableros semánticos, si la fórmula p (q s) (p q) (p r) es una tautología, En el caso de que no lo sea, construir un contramodelo a partir del tablero. Ejercicio 3.30 [Examen de abril de 2006] Decidir, mediante tableros semánticos, si la fórmula (p q) ((q r) q) es una tautología, En el caso de que no lo sea, calcular a partir de un tablero completo sus contramodelos. Ejercicio 3.31 [Examen de junio de 2006] Sea F la fórmula (p q) (q r) p. 1. Decidir, mediante tablero semántico, si F es una tautología.

28 28 Tema 3. Tableros semánticos 2. Si F no es una tautología, calcular, a partir de su tablero semántico y los contramodelos de F. Ejercicio 3.32 [Examen de junio de 2006] Demostrar o refutar la siguiente proposición: Si S es un conjunto inconsistente de fórmulas, entonces el tablero semántico cerrado de S obtenido aplicando las reglas α antes que las reglas β tiene menos nodos que el tablero semántico cerrado de S obtenido aplicando las reglas β antes que las reglas α. Ejercicio 3.33 [Examen de septiembre de 2006] Sea F la fórmula ((p q) (p q)) ((( p q) ((q r) p)) (r (q p))) Decidir, mediante tablero semántico, si F es satisfacible. En el caso de que lo sea, calcular un modelo v de F a partir del tablero y comprobar que v es modelo de F.

29 Tema 4 Formales normales 4.1. Ejercicios resueltos Ejercicio 4.1 Para cada una de las siguientes fórmulas, determinar si están en FNC, en FND, en ambas o en ninguna de las dos. 1. ( p q) ( q p). 2. ( p q) (q p). 3. ( p q) ( q p). 4. ( p q) (q p). Ejercicio 4.2 Calcular una forma normal conjuntiva de cada una de las siguientes fórmulas 1. (p (q r)). 2. (p q) (q p). 3. (p q) r. Ejercicio 4.3 Calcular una forma normal disjuntiva de cada una de las siguientes fórmulas 1. (p (q r)). 2. ( p q (p q)). Ejercicio 4.4 Demostrar o refutar las siguientes proposiciones: 1. F 1 F n es una tautología syss F 1,..., F n lo son. 29

30 30 Tema 4. Formales normales 2. L 1 L n es una tautología syss {L 1,..., L n } contiene algún par de literales complementarios (i.e. existen i, j tales que L i = L c j ). Ejercicio 4.5 Decidir, mediante forma normal conjuntiva, si las siguientes fórmulas son tautotologías. En el caso de de que no lo sean calcular sus contramodelos a partir de su FNC. 1. (p (q r)). 2. (p q) (q p). 3. (p q) r. Ejercicio 4.6 Demostrar o refutar las siguientes proposiciones 1. F 1 F n es satisfacible syss alguna de las fórmulas F 1,..., F n lo es. 2. L 1 L n es satisfacible syss {L 1,..., L n } no contiene ningún par de literales complementarios. Ejercicio 4.7 Decidir, mediante forma normal disyuntiva, si las siguientes fórmulas son satisfacibles. En el caso de de que lo sean calcular sus modelos a partir de su FND. 1. (p (q r)). 2. ( p q (p q)). Ejercicio 4.8 Calcular, mediante tableros semánticos, 1. una forma normal disyuntiva de (p q p q). 2. una forma normal conjuntiva p q p q. Ejercicio 4.9 Calcular, mediante tableros semánticos, los modelos y una forma normal disyuntiva de las siguientes fórmulas ( p q (p r)). ( p q (p q)).

31 4.2. Ejercicios propuestos Ejercicios propuestos Ejercicio 4.10 Para cada una de las siguientes fórmulas, determinar si están en FNC, en FND, en ambas o en ninguna de las dos. 1. (p q) (r p) s. 2. p q s. 3. p ( p q) (p s). 4. t q r s. Ejercicio 4.11 Demostrar, por deducción natural, las reglas de normalización: 1. A B (A B) (B A). 2. A B A B. 3. (A B) A B. 4. (A B) A B. 5. A A. 6. A (B C) (A B) (A C). 7. (A B) C (A C) (B C). 8. A (B C) (A B) (A C). 9. (A B) C (A C) (B C). Ejercicio 4.12 Para cada una de las siguientes fórmulas 1. (p q r). 2. (p q r) (p q r). 3. (p r s) (r s) (p s). a. Calcular una FNC, decidir si es o no una tautología y determinar, en su caso, todos sus contramodelos. b. Calcular una FND, decidir si es o no satisfacible y determinar, en su caso, todos sus modelos.

32 32 Tema 4. Formales normales Ejercicio 4.13 Empleando una FNC o bien una FND, según consideres más adecuado, decidir cuáles de las siguientes afirmaciones son verdaderas: 1. {p q, q s} = s p. 2. p q q p. Ejercicio 4.14 Determinar una FNC y una FND de la fórmula F cuya tabla de verdad es la siguiente: p q r F Ejercicio 4.15 Sea A la fórmula proposicional p q p r. 1. Escribir un tablero completo para A y otro para A. 2. Describir todos los modelos y todos los contramodelos de la fórmula A. 3. Calcular una FNC y una FND de A Ejercicios de exámenes Ejercicio 4.16 [Examen de Diciembre de 2000] Probar, mediante forma normal conjuntiva. que la fórmula (p q r) (p (q r)) es una tautología Ejercicio 4.17 [Examen de Junio de 2001] Decidir, utilizando formas normales, si la fórmula (p (q r)) (r q) es insatisfactible o una tautología.

33 4.3. Ejercicios de exámenes 33 Ejercicio 4.18 [Examen de Diciembre de 2003] Utilizando una forma normal, probar que ( t ( t p)) (p t) es satisfactible. Ejercicio 4.19 [Examen de Septiembre de 2004] Probar, usando formas normales, que la fórmula (E (F G)) (E F) (E G) es una tautología. Ejercicio 4.20 [Examen de Abril de 2005] Sea F la fórmula p q r. Calcular una forma normal conjuntiva de F y, a partir de ella, determinar los contramodelos de F y decidir si F es una tautología. Ejercicio 4.21 [Examen de Abril de 2005] Calcular una forma normal conjuntiva de la fórmula F sabiendo que está compuesta con las tres variables p, q y r y que, para toda interpretación I, se tiene que { 1, si I(p) = I( q r) I(F) = 0, en caso contrario Ejercicio 4.22 [Examen de Abril de 2005] Calcular una forma normal disyuntiva de A y una forma normal conjuntiva de A siendo A la fórmula cuya tabla de verdad es p q r A Ejercicio 4.23 [Examen de Diciembre de 2005] Demostrar o refutar las siguientes proposiciones: 1. Sean G 1 una forma normal disyuntiva de F 1 y G 2 una forma normal disyuntiva de F 2. Si F 1 y F 2 son equivalentes, entonces G 1 y G 2 son fórmulas iguales. 2. Para toda fórmula F se tiene que si G 1 es una forma normal conjuntiva de F y G 2 es una forma normal normal disyuntiva de F, entonces G 1 y G 2 son fórmulas distintas.

34 34 Tema 4. Formales normales

35 Tema 5 Resolución proposicional 5.1. Ejercicios resueltos Ejercicio 5.1 Demostrar las siguientes proposiciones: En cualquier interpretación I, I( ) = 0. La cláusula {L 1, L 2,..., L n } es equivalente a la fórmula L 1 L 2 L n. El conjunto de cláusulas {{L 1,1,..., L 1,n1 },..., {L m,1,..., L m,nm }} es equivalente a la fórmula (L 1,1 L 1,n1 ) (L m,1 L m,nm ). Si (L 1,1 L 1,n1 ) (L m,1 L m,nm ) es una forma normal conjuntiva de la fórmula F. Entonces, una forma clausal de F es {{L 1,1,..., L 1,n1 },..., {L m,1,..., L m,nm }}. Ejercicio 5.2 Calcular una forma clausal de las siguientes fórmulas: 1. (p (q r)). 2. p q. 3. (p q) r. 4. r ( q p). Ejercicio 5.3 Demostrar o refutar: Si dos fórmulas son distintas, sus formas clausales son distintas. Ejercicio 5.4 Demostrar que si S 1,..., S n son formas clausales de F 1,..., F n, entonces S 1 S n es una forma clausal de {F 1,..., F n }. 35

36 36 Tema 5. Resolución proposicional Ejercicio 5.5 Decidir si la interpretación I tal que I(p) = I(q) = 1 es un modelo del conjunto de cláusulas {{ p, q}, {p, q}}. Ejercicio 5.6 Decidir si los siguientes conjuntos de cláusulas son consistentes: 1. {{ p, q}, {p, q}}. 2. {{ p, q}, {p, q}, {p, q}, { p, q}}. Ejercicio 5.7 Demostrar que si S, entonces S es inconsistente. Ejercicio 5.8 Demostrar que {F 1,..., F n } es consistente syss S 1 S n es consistente. Ejercicio 5.9 Sean S 1,..., S n formas clausales de las fórmulas F 1,..., F n y S una forma clausal de G. Demostrar que son equivalentes 1. {F 1,..., F n } = G. 2. {F 1,..., F n G} es inconsistente. 3. S 1 S n S es inconsistente. Ejercicio 5.10 Calcular: 1. Res q ({p, q}, { q, r}). 2. Res q ({q, p}, {p, q}). 3. Res p ({q, p}, {p, q}). 4. Res p ({q, p}, {q, p}). 5. Res p ({p}, { p}). 6. Res({ p, q}, {p, q}). 7. Res({ p, q}, {p, q}). 8. Res({ p, q}, {q, r}). Pertenece a Res({p, q}, { p, q})? Ejercicio 5.11 Construir una refutación por resolución del conjunto de cláusulas {{p, q}, { p, q}, {p, q}, { p, q}}. Ejercicio 5.12 Demostrar por resolución la fórmula p q a partir del conjunto de fórmulas {p q, p q}.

37 5.1. Ejercicios resueltos 37 Ejercicio 5.13 Demostrar las siguientes proposiciones: 1. Si C es una resolvente de C 1 y C 2, entonces {C 1, C 2 } = C. 2. Si el conjunto de cláusulas S es refutable, entonces S es inconsistente. 3. Si S es un conjunto de fórmulas y F es una fórmula tal que S Res F, entonces S = F. Ejercicio 5.14 [T] 1. Encontrar dos cláusulas C 1 y C 2 tales que {C 1 } = C 2 pero C 2 no es demostrable por resolución a partir de {C 1 }. 2. Demostrar que si F 1 y F 2 son dos fórmulas cuyas formas clausales son C 1 y C 2, respectivamente, entonces {F 1 } Res F 2. Ejercicio 5.15 Construir el grafo de resolución por saturación de {{p, q}, { p, q}, {p, q}, { p, q}}. Ejercicio 5.16 Construir el grafo de resolución por saturación simplificada de los siguientes conjuntos y, a partir del grafo, hallar una refutación o un modelo del conjunto. 1. {{p, q}, { p, q}, {p, q}, { p, q}}. 2. {{p}, { p, q}, { q, r}}. Ejercicio 5.17 Contruir un grafo de resolución positiva del conjunto {{p, q}, { p, q}, {p, q}, { p, q}}. Ejercicio 5.18 Demostrar o refutar las siguientes proposiciones: 1. Si S es un conjunto de cláusulas inconsistente, entonces existe una refutación de S mediante resolución unitaria. 2. Si S es un conjunto de cláusulas inconsistente, entonces existe una refutación de S mediante resolución por entradas. Ejercicio 5.19 Decidir mediante resolución lineal si el siguiente conjunto es consistente {{p, q}, { p, q}, {p, q}, { p, q}}. Ejercicio 5.20 Demostrar, mediante resolución lineal, la corrección del siguiente argumento: Se sabe que 1. Los animales con pelo que dan leche son mamíferos.

38 38 Tema 5. Resolución proposicional 2. Los mamíferos que tienen pezuñas o que rumian son ungulados. 3. Los ungulados de cuello largo son jirafas. 4. Los ungulados con rayas negras son cebras. Se observa un animal que tiene pelos, pezuñas y rayas negras. Por tanto, el animal es una cebra Ejercicios propuestos Ejercicio 5.21 Indicar en cuáles de los siguientes ejemplos se ha aplicado correctamente la regla de resolución proposicional y en cuáles no. En este último caso, escribir las resolventes correctas. 1. {p, q, r, s} es una resolvente de {p, q, r} y {p, q, s}. 2. {p} es una resolvente de {p, q} y {p, q}. 3. es una resolvente de {p, q} y { p, q}. 4. {r, r} es una resolvente de {r, r} y {r, r}. Ejercicio 5.22 Usando resolución proposicional (traduciendo previamente las fórmulas a conjuntos de cláusulas), demostrar que: 1. (p (q r)) (p q) (p r) es una contradicción. 2. {p q, q p r} = p ((p q) r). Ejercicio 5.23 Usando resolución proposicional, determinar si: 1. {p q r, p q, q r, r, p r} es consistente. 2. {p q, p q, p q, p q r, r s} es consistente. 3. { p q r, p r, q r} = r. Ejercicio 5.24 Ash, Misty y Brock han organizado una batalla entre sus Pokemon. Se conocen los siguientes datos al respecto: (a) Uno, y sólo uno, de los siguientes Pokemon fue el vencedor: Pikachu, Bulbasaur, Togepi, Starmie, Vulpix y Onix. (b) Ash ganó la batalla si el Pokemon vencedor fue Pikachu o Bulbasaur. (c) Si o bien Togepi o bien Starmie fue el vencedor, Misty ganó la batalla.

39 5.2. Ejercicios propuestos 39 (d) Brock ganó la batalla si el vencedor fue Onix o Vulpix. (e) Si Onix fue derrotado, Starmie también. (f) Bulbasaur fue derrotado. (g) Si Pikachu fue derrotado, entonces Ash no ganó la batalla. (h) Brock no ganó la batalla si Bulbasaur fue derrotado. (i) Si Vulpix fue derrotado, Togepi y Onix también corrieron la misma suerte. Se pide: 1. Formalizar los datos anteriores en el lenguaje de la lógica proposicional. 2. Para cada fórmula obtenida, escribir un conjunto de cláusulas equivalente. 3. Usando resolución proposicional, demostrar que Ash fue el ganador. Ejercicio 5.25 Probar, mediante resolución lineal, que {r p q, s p, s r s t} = p (q t). Ejercicio 5.26 Dados los conjuntos de fórmulas: S = {p q, q r s, s r q, q} T = {q r, q r} Probar, mediante resolución lineal, que S T es inconsistente. Ejercicio 5.27 Demostrar por resolución cada una de las argumentaciones válidas del ejercicio Ejercicio 5.28 Un rey somete a un prisionero a la siguiente prueba: lo enfrenta a dos puertas, de las que el prisionero debe elegir una, y entrar en la habitación correspondiente. Se informa al prisionero que en cada una de las habitaciones puede haber un tigre o una dama. Como es natural, el prisionero debe elegir la puerta que le lleva a la dama (entre otras cosas, para no ser devorado por el tigre). Para ayudarle, en cada puerta hay un letrero: puerta 1: en esta habitación hay una dama y en la otra un tigre. puerta 2: en una de estas habitaciones hay una dama y en una de estas habitaciones hay un tigre. Sabiendo que uno de los carteles dice la verdad y el otro no, demostrar mediante resolución que la dama está en la segunda puerta.

40 40 Tema 5. Resolución proposicional 5.3. Ejercicios de exámenes Ejercicio 5.29 [Examen de diciembre de 2000] Sea U = { A 1 B 1 C 2, A 1 B 1, A 2 B 2, A 1, A 2 }. Probar, mediante resolución lineal, que U = C 2. Ejercicio 5.30 [Examen de junio de 2001] Decidir, mediante resolución, si la siguiente fórmula es una tautología (q p r) (p p q) Ejercicio 5.31 [Examen de septiembre de 2001] Probar, por resolución, que la siguiente fórmula es una tautología: (p r) ((q r) (p q r)) Ejercicio 5.32 [Examen de diciembre de 2001] Probar por resolución que {p q r, p s, t q, s t u} = r u. Ejercicio 5.33 [Examen de septiembre de 2002] Probar, mediante resolución lineal, que la fórmula r s u es consecuencia lógica de U = {q r s, r q t, q p, t u, u s, p}. Ejercicio 5.34 [Examen de septiembre de 2003] Probar, mediante resolución por entradas, que (s p) (t q) = (s q) (t p). Ejercicio 5.35 [Examen de diciembre de 2003] Sean F y G las siguientes fórmulas: F : (p q) ((r t) (q r)) G : ( t ( t p)) (p t) Probar, mediante resolución, que {F, G} = r p. Ejercicio 5.36 [Examen de junio de 2004] Probar, por resolución, que (E F) G = (E G) (F G) Ejercicio 5.37 [Examen de septiembre de 2004] Probar, por resolución, la inconsistencia del conjunto { E F G, E F G, G F, F E, E F} Ejercicio 5.38 [Examen de Abril de 2006] Decidir, mediante resolución, si {C A, G D, (B C G E)} = A B D. En el caso que no lo sea, construir un contramodelo a partir de la resolución. Ejercicio 5.39 [Examen de aabril de 2006] Juan está matriculado en tres asignaturas, Álgebra, Lógica y Dibujo. Juan comenta que

41 5.3. Ejercicios de exámenes 41 Me gusta al menos una de las tres asignaturas. Si me gustase el Álgebra pero no el Dibujo, me gustaría la Lógica. O me gusta el Dibujo y la Lógica, o bien ninguna de las dos. Si me gustase el Dibujo, entonces me gustaría el Álgebra. Los comentarios de Juan pueden formalizarse por {A D L, (A D) L, (D L) ( D L), D A} Decidir, mediante resolución, si los comentarios de Juan son consistentes y, en su caso, calcular sus modelos a partir de la resolución. Qué asignaturas le gustan a Juan? Ejercicio 5.40 [Examen de abril de 2006] Decidir, mediante resolución, si {p q, p r, q r s} = s. En el caso que no lo sea, construir un contramodelo a partir de la resolución. Ejercicio 5.41 [Examen de Abril de 2006] Decidir, mediante resolución, si r es consecuencia lógica de {p q, p r, s t q, s t}. En el caso que no lo sea, construir un contramodelo a partir de la resolución.

42 42 Tema 5. Resolución proposicional

43 Tema 6 Sintaxis y semántica de la lógica de primer orden 6.1. Ejercicios resueltos Ejercicio 6.1 Formalizar el siguiente argumento: Si una ciudad es vecina de otra, entonces la segunda es vecina de la primera. Sevilla es vecina de Cádiz. Por tanto, Cádiz es vecina de Sevilla. Ejercicio 6.2 Para representar el mundo de los bloque se parte de los siguientes predicados primitivos: sobre(x, y) se verifica si el bloque x está colocado sobre el bloque y sobre_mesa(x) se verifica si el bloque x está sobre la mesa Definir las siguientes relaciones: bajo(x, y) se verifica si el bloque x está debajo del bloque y. encima(x, y) se verifica si el bloque x está encima del bloque y, pudiendo haber otros bloques entre ellos. libre(x) se verifica si el bloque x no tiene bloques encima pila(x, y, z) se verifica si el bloque x está sobre el y, el y sobre el z y el z sobre la mesa. Representar la siguiente propiedad: el bloque central de cualquier pila no está libre. Ejercicio 6.3 Otra representación del mundo de los bloques se basa en los conceptos primitivos: 43

44 44 Tema 6. Sintaxis y semántica de la lógica de primer orden es_bloque(x) se verifica si x es un bloque. superior(x) es el bloque que está sobre el bloque x. Definir los siguientes conceptos: sobre_mesa(x) se verifica si el bloque x está sobre la mesa. libre(x) se verifica si el bloque x no tiene bloques encima. tope(x) es el bloque libre que está encima de x. Ejercicio 6.4 Formalizar las siguientes expresiones, usando la conceptualización planeta(x) x es un planeta Tierra la Tierra Luna la Luna satélite(x) x es un satélite satélite(x, y) x es un satélite de y gira(x, y) x gira alrededor de y Sol el Sol 1. La Tierra es un planeta. 2. La Luna no es un planeta. 3. La Luna es un satélite. 4. La Tierra gira alrededor del Sol. 5. Todo planeta es un satélite. 6. Todo planeta gira alrededor del Sol. 7. Algún planeta gira alrededor de la Luna. 8. Hay por lo menos un satélite. 9. Ningún planeta es un satélite. 10. Ningún objeto celeste gira alrededor de sí mismo. 11. Alrededor de los satélites no giran objetos. 12. Hay exactamente un satélite. 13. La Luna es un satélite de la Tierra.

45 6.1. Ejercicios resueltos Todo planeta tiene un satélite. 15. La Tierra no tiene satélites. 16. Algún planeta no tiene satélites. 17. Sólo los planetas tienen satélites. 18. Todo satélite es satélite de algún planeta. 19. La Luna no gira alrededor de dos planetas diferentes. 20. Hay exactamente dos planetas. Ejercicio 6.5 Decidir si las siguientes expresiones son términos en el lenguaje de la aritmética: 1. +( (x, 1), s(y)). 2. +( (x, <), s(y)). Ejercicio 6.6 Decidir si las siguientes expresiones son términos en el lenguaje del mundo de los bloques: 1. superior(superior(c)). 2. libre(superior(c)). Ejercicio 6.7 Decidir si las siguientes expresiones son fórmulas atómicas en el lenguaje de la aritmética: 1. < ( (x, 1), s(y)). 2. +(x, y) = (x, y). Ejercicio 6.8 Decidir si las siguientes expresiones son fórmulas atómicas en el lenguaje del mundo de los bloques: 1. libre(superior(c)). 2. tope(c) = superior(b). Ejercicio 6.9 Decidir si las siguientes expresiones son fórmulas en el lenguaje de la aritmética: 1. x y < (x, y) 2. x y + (x, y).

46 46 Tema 6. Sintaxis y semántica de la lógica de primer orden Ejercicio 6.10 Decidir si la siguiente expresión es una fórmula en el lenguaje del mundo de los bloques: 1. x(tope(x) = x libre(x)). Ejercicio 6.11 Dibujar el árbol de análisis de la fórmula x(r(x, c) P( f (y))). Ejercicio 6.12 Calcular las subfórmulas de x(r(x, c) P( f (y))). Ejercicio 6.13 Calcular los conjuntos de variables de las siguientes fórmulas: 1. x(r(x, c) P( f (y))). 2. x(r(a, c) P( f (y))). Ejercicio 6.14 Determinar las ocurrencias libres y ligadas de las variables de las siguientes fórmulas: 1. x(p(x) R(x, y)) ( yp(y) R(z, x)). 2. xr(x, y) yp(y) 3. x(p(x) yr(x, y)). 4. P(x) R(x, y) Ejercicio 6.15 Calcular el conjunto de variables libres y el conjunto de variables ligadas de cada una de las siguientes fórmulas: 1. x(p(x) R(x, y)) ( yp(y) R(x, z)). 2. x(p(x) yr(x, y)). 3. z(p(x) R(x, y)). Ejercicio 6.16 Determinar si las siguientes fórmulas son abiertas o cerradas: 1. x(p(x) yr(x, y)). 2. xr(x, y) yp(y). Ejercicio 6.17 Se considera el lenguaje L cuyos símbolos propios son: constante: 0; símbolo de función monaria: s; símbolo de función binaria: + y

47 6.1. Ejercicios resueltos 47 símbolo de relación binaria: y las siguientes estructuras de L I 1 = (U 1, I 1 ) con U 1 = N I 1 (0) = 0 I 1 (s) = {(n, n + 1) : n N} (sucesor) I 1 (+) = {(a, b, a + b) : a, b N} (suma) I 1 ( ) = {(n, m) : n, m N, n m} I 2 = (U 2, I 2 ) con U 2 = {0, 1} (cadenas de 0 y 1) I 2 (0) = ɛ (cadena vacía) I 2 (s) = {(w, w1) : w {0, 1} } (siguiente) I 2 (+) = {(w 1, w 2, w 1 w 2 ) : w 1, w 2 {0, 1} } (concatenación) I 2 ( ) = {(w 1, w 2 ) : w 1, w 2 {0, 1}, w 1 es prefijo de w 2 } (prefijo) I 3 = (U 3, I 3 ) con U 3 = {abierto, cerrado} I 3 (0) = cerrado I 3 (s) = {(abierto, cerrado), (cerrado, abierto)} e I 3 (s)(e) abierto cerrado cerrado abierto I 3 (+) = { (abierto, abierto, abierto), (abierto, cerrado, abierto), (cerrado, abierto, abierto), (cerrado, cerrado, cerrado)} I 3 (+) abierto cerrado abierto abierto abierto cerrado abierto cerrado I 3 ( ) = { (abierto, abierto), (cerrado, abierto), (cerrado, cerrado)} I 3 ( ) abierto cerrado abierto 1 0 cerrado 1 1 Calcular el valor del término s(x + s(0)) en

48 48 Tema 6. Sintaxis y semántica de la lógica de primer orden 1. I 1 con la asignación A(x) = I 2 con la asignación A(x) = I 3 con la asignación A(x) = abierto. Ejercicio 6.18 Calcular el valor de la fórmula x yp(x, y) en la estructura I = (U, I) tal que U = {1, 2} e I(P) = {(1, 1), (2, 2)}. Ejercicio 6.19 Calcular el valor de la fórmula xg(g(x)) = x en la estructura I = (U, I) tal que U = {1, 2} e I(g) = {(1, 2), (2, 1)}. Ejercicio 6.20 Calcular el valor de las siguientes fórmulas. 1. x yr(y, x) en I = (U, I) con a) U = Z e I(R) = < b) U = N e I(R) = < 2. x yr(x, y) en I = (U, I) con a) U = N e I(R) = b) U = N e I(R) = 3. yr(x, y) en I = (U, I) con a) U = N, I(R) = y A una asignación en I tal que A(x) = 0. b) U = N, I(R) = y A una asignación en I tal que A(x) = 5. Ejercicio 6.21 Sea I = (N, I) una estructura tal que I( f ) = + e I(g) =. 1. Determinar si (I, A), donde A es una asignación en I tal que A(x) = A(y) = 2, es una realización de f (x, y) = g(x, y). 2. Determinar si (I, A), donde A es una asignación en I tal que A(x) = 1, A(y) = 2, es una realización de f (x, y) = g(x, y). 3. Determinar si I es un modelo de f (x, y) = g(x, y). 4. Determinar si I es un modelo de f (x, y) = f (y, x). Ejercicio 6.22 Determinar si las siguientes fórmulas son válidas, satisfacibles o insatisfacibles: 1. xp(x) x P(x).

49 6.1. Ejercicios resueltos xp(x) x P(x). 3. xp(x) x P(x). Ejercicio 6.23 Demostrar o refutar las siguientes proposiciones: 1. F es válida syss F es insatisfacible. 2. Si F es válida, entonces F es satisfacible. 3. Si F es satisfacible, entonces F es insatisfacible. 4. Sea F una fórmula de L y x 1,..., x n las variables libres de F. Entonces, F es válida syss x 1... x n F es válida. 5. Sea F una fórmula de L y x 1,..., x n las variables libres de F. Entonces, F es satisfacible syss x 1... ( x n )F es satisfacible. Ejercicio 6.24 Sea S = { yr(x, y), y f (x, y) = y}. Determinar si (I, A) es una realización de S 1. I = (N, I), R I =, f I = +, A(x) = I = (N, I), R I = <, f I = +, A(x) = 0. Ejercicio 6.25 Sea S = {R(e, y), f (e, y) = y}. Determinar si (I, A) es un modelo de S 1. R I =, f I = +, e I = I = (N, I) con R I = <, f I = +, e I = 0. Ejercicio 6.26 Determinar si los siguientes conjuntos son consistentes: 1. S = { yr(x, y), y f (x, y) = y}. 2. S = {P(x) Q(x), yp(y), Q(x)}. Ejercicio 6.27 Decidir si se verifican las siguientes relaciones de consecuencia lógica: 1. xp(x) = P(y). 2. P(y) = xp(x). 3. { x(p(x) Q(x)), P(c)} = Q(c). 4. { x(p(x) Q(x)), Q(c)} = P(c). 5. { x(p(x) Q(x)), Q(c)} = P(c). 6. {P(c), P(d)} = c = d.

50 50 Tema 6. Sintaxis y semántica de la lógica de primer orden 6.2. Ejercicios propuestos Ejercicio 6.28 Determinar las variables libres y ligadas de las siguientes fórmulas: 1. x z [P(x, y) P(x, z) x (P(y, z) Q(x, y))] 2. x z [P(x, y) R(x, z) y (P(y, z) R(x, y))] Ejercicio 6.29 Sea F la fórmula P(x) P(a), donde a es un símbolo de constante. Es F satisfacible? Tiene modelos? Es F una fórmula válida? Ejercicio 6.30 Sea L un lenguaje de primer orden con dos símbolos de predicado, P (de aridad 1), Q (de aridad 2) y un símbolo de función, f, de aridad 1. Sea I = (U, I) la estructura dada por: U = {a, b, c, d}; I(P) = {a, b}, I(Q) = {(a, b), (b, b), (c, b)}, I( f ) = {(a, b), (b, b), (c, a), (d, c)}. Decidir cuáles de las siguientes fórmulas de L son válidas en I: 1. P(x) yq(y, x). 2. xq( f (x), x). 3. Q( f (x), x) Q(x, x). 4. Q(x, y) P(x). Ejercicio 6.31 Cuáles de los siguientes conjuntos de fórmulas son consistentes? 1. {Q(x), x[q(x) R(x)], x R(x)} 2. { xp(x, y), x P(x, x)} 3. { x y[p(x, y) P(y, x)], x P(x, x), yp(x, y)} Ejercicio 6.32 Decidir si son correctas o no las siguientes relaciones de consecuencia: 1. { x[p(x) Q(x)]} = xp(x) xq(x) 2. { x[p(x) Q(x)]} = xp(x) li f xq(x) 3. { xp(x) xq(x)} = x[p(x) Q(x)]

51 6.2. Ejercicios propuestos {P(x) Q( f (x))} = P(x) Q(x) Ejercicio 6.33 En el lenguaje con igualdad L = {a, f }, siendo f un símbolo de función de aridad 1 y a una constante, se consideran las siguientes fórmulas: F 1 := x[ f (x) = a], F 2 := x y[ f (x) = f (y) x = y], F 3 := x[x = a y[ f (y) = x]]. Probar que ninguna de estas fórmulas es consecuencia lógica de las dos restantes. Ejercicio 6.34 Formalizar las siguientes argumentaciones; es decir, para cada argumentación, determinar la simbolización y formalizarla en lógica de primer orden. Escribir las formalizaciones en APLI2 y demostrar en APLI2 las argumentaciones válidas. 1. Existe una persona en la Feria tal que si dicha persona paga, entonces todas las personas pagan. 2. Sócrates es un hombre. Los hombres son mortales. Luego, Sócrates es mortal. 3. Hay estudiantes inteligentes y hay estudiantes trabajadores. Por tanto, hay estudiantes inteligentes y trabajadores. 4. Todos los participantes son vencedores. Hay como máximo un vencedor. Hay como máximo un participante. Por lo tanto, hay exactamente un participante. 5. Todo aquel que entre en el país y no sea un VIP será cacheado por un aduanero. Hay un contrabandista que entra en el país y que solo podrá ser cacheado por contrabandistas. Ningún contrabandista es un VIP. Por tanto, algún aduanero es contrabandista. 6. Juan teme a María. Pedro es temido por Juan. Luego, alguien teme a María y a Pedro. 7. Los hermanos tienen el mismo padre. Juan es hermano de Luis. Jorge es padre de Luis. Por tanto, Jorge es padre de Juan. 8. La existencia de algún canal de TV pública, supone un acicate para cualquier canal de TV privada; el que un canal de TV tenga un acicate, supone una gran satisfacción para cualquiera de sus directivos; en Madrid hay varios canales públicos de TV; TV5 es un canal de TV privada; por tanto, todos los directivos de TV5 están satisfechos.